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光纤干涉测量技术第二讲光纤传感器介绍2023/9/7星期四1

光纤传感器的发展l20世纪60年代，激光使得利用光的各种属性（干涉、衍射、偏振、反射、吸收和发光等）的光检测技术，作为非接触、高速度、高精确度的检测手段获得了飞速的发展。l20世纪70年代，由于光纤不但具有良好的传光特性，而且其本身就可用来进行信息传递，无需任何中间媒体就能把测量值与光纤内的光特性变化联系起来，因此，在20世纪80年代光纤传感器就已显示出广阔的应用前景。激光束聚光器红宝石棒AlO触发电极232023/9/7星期四2

光纤传感器的发展l但是在当时，光纤传感器真正投入实际应用的却不多，这主要是因为与传统的传感技术相比，光纤传感器的优势是本身的物性特性而不是功能特性。l因此，光纤传感技术的重要应用之一是利用光纤质轻、径细、强抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小，集信息传感与传输于一体等特点，解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。2023/9/7星期四3

光纤传感器的发展l20世纪90年代后期，光通信带动下的光子产业取得了巨大的成功，光纤传感器呈产业化发展，在国际上形成了许多应用领域，即医学和生物、电力工业、化学和环境、军事和职能结构、石油行业、汽车行业、船舶、航空航天等领域。2023/9/7星期四4

光纤传感器的发展l传感器（Sensor，Transducer）是完成信息获取（检测）、传输和转换的器件。光纤传感器（OpticalFiberSensor）则是以光纤作为功能材料的传感器。微弯光纤压力传感器光纤温度传感器2023/9/7星期四5

光纤传感器与经典传感器的区别l经典的传感器完成的是从非电量到电量的转换。l光纤传感器完成的是从非光量到光量的转换。图a经典测量系统结构l它们的区别是，光纤传感器以光作感知信息的载体，而不是电；用光纤传送信息，而不是导线。2023/9/7星期四6图b光纤测量系统结构

什么是光纤传感器？光纤传感器(FOSFiberOpticalSensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。①电绝缘性能好。②抗电磁干扰能力强。③非侵入性。磁场等物理量④高灵敏度。⑤容易实现对被测信号的远距离监控。星期2023/9/7四光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、7

光纤传感器的基本原理l光纤传感器的基本原理：光导纤维不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。2023/9/7星期四8

光纤的基本知识l1966年，英籍华裔学者高锟（CharlesK.Kao）发表了关于传输介质新概念的论文《光频率介质纤维表面波导》，指出了利用光纤（OpticalFiber）进行信息传输的可能性和技术途径，并指明通过“原材料提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向，他奠定了现代光通信——光纤通信的基础。2023/9/7星期四9

光纤的基本知识l光纤是一种传输光信息的导光纤维，主要由高强度石英玻璃、常规玻璃和塑料制成。l光纤由纤芯、包层、护套组成。纤芯n2n1包层纤芯包层涂敷层护套l光主要在纤芯中传输，光纤的导光能力主要取决于纤芯和包层的折射率，纤芯的折射率n1稍大于包层的折射率n2，典型数值是n1=1.46~1.51，n2=1.44~1.50.2023/9/7星期四10

光纤的基本知识l850nm窗口，典型的衰减值为2dB/km；l1300nm窗口，典型的衰减值为0.4dB/km；l1550nm窗口，具有最低的衰减，典型值为0.2dB/km。2023/9/7星期四11

光纤传感器的分类——按功能分根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类1）功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。光发送器光纤敏感元件光受信器信号处理2023/9/7星期四12

光纤传感器的分类2）非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其l以多模光